ES2402961T3 - Bone replacement material - Google Patents
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Abstract
Material sustitutivo de hueso de fosfato cálcico/hidroxiapatito (CAP/HAP) bifásico que comprende un núcleo deCAP sinterizado y como mínimo una capa uniforme y cerrada crecida epitácticamente de HAP nanocristalinodepositado encima del núcleo de CAP, por lo que los nanocristales crecidis epitácticamente tienen el mismo tamañoy morfología que el mineral óseo humano, esto es, una longitud de 30 a 46 nm y una anchura de 14 a 22 nm.Biphasic calcium phosphate / hydroxyapatite (CAP / HAP) bone substitute material comprising a sintered CAP core and at least a uniform and closed epittactically grown layer of nanocrystalline HAP deposited on top of the CAP core, so that the epittactically growing nanocrystals have the same size and morphology than human bone mineral, that is, a length of 30 to 46 nm and a width of 14 to 22 nm.
Description
Material sustitutivo del hueso Bone replacement material
La invención se refiere a un nuevo material bifásico sustitutivo del hueso con una estructura de bicapa basada en fosfato cálcico/hidroxiaparito (CAP/HAP), a un procedimiento para preparar ese material y a su uso como implante o prótesis para soportar la formación del hueso, la regeneración de hueso, la reparación de hueso y/o el reemplazo de hueso en un sitio defectuoso en un ser humano o animal. The invention relates to a new biphasic bone substitute material with a bilayer structure based on calcium phosphate / hydroxyaparite (CAP / HAP), a method for preparing that material and its use as an implant or prosthesis to support bone formation, bone regeneration, bone repair and / or bone replacement at a defective site in a human or animal being.
Los defectos en una estructura ósea arrancan de una variedad de circunstancias, tales como trauma, enfermedad y la cirugía es todavía una necesidad para la reparación eficaz de defectos óseos en diversos campos quirúrgicos. Defects in a bone structure start from a variety of circumstances, such as trauma, disease and surgery is still a necessity for the effective repair of bone defects in various surgical fields.
Para estimular la curación en el sitio de un defecto óseo se han usado numerosos materiales y composiciones naturales y sintéticos. Un material sustitutivo de hueso, natural y osteoconductor bien conocido, que promueve el crecimiento de hueso en defectos óseos periodontales y maxilofaciales es Geistlich Bio-Oss®, adquirible comercialmente en Geistlich Pharma AG. Ese material se fabrica a partir de hueso natural por un procedimiento descrito en la patente US nº. 5.167. 961, que permite la conservación de la estructura trabecular y la estructura nanocristalina del hueso natural, resultando una matriz osteoconductora excelente que no es resorbida o que es resorbida muy lentamente. To stimulate healing at the site of a bone defect, numerous natural and synthetic materials and compositions have been used. A well-known natural and osteoconductive bone substitute material that promotes bone growth in periodontal and maxillofacial bone defects is Geistlich Bio-Oss®, commercially available from Geistlich Pharma AG. This material is manufactured from natural bone by a procedure described in US Patent No. 5,167. 961, which allows the conservation of the trabecular structure and the nanocrystalline structure of natural bone, resulting in an excellent osteoconductive matrix that is not resorbed or that is resorbed very slowly.
Los sistemas fosfato tricálcico/hidroxiapatito (TCP/HAP) y su uso como materiales sustitutivos de hueso se describen en, por ejemplo, la patente US 6.338.772 que da a conocer un procedimiento para preparar un cemento bifásico de (-TCP/HAP por calentamiento de una mezcla en polvo de fosfato amónico y HAP a 1200-1500ºC. Tricalcium phosphate / hydroxyapatite (TCP / HAP) systems and their use as bone substitute materials are described in, for example, US Patent 6,338,772 which discloses a process for preparing a biphasic cement of (-TCP / HAP by heating a powder mixture of ammonium phosphate and PAH at 1200-1500 ° C.
La patente europea EP- 285826 describe un procedimiento para la producción de una capa de HAP sobre cuerpos metálicos y no metálicos para implantes por aplicación de una capa de (-TCP y convirtiendo completamente la capa de (-TCP en HAP por reacción con agua de pH 2 a 7 a 80-100ºC. El producto obtenido es un cuerpo metálico o no metálico recubierto con una capa de HAP. European patent EP-285826 describes a process for the production of a layer of PAH on metallic and nonmetallic bodies for implants by applying a layer of (-TCP and completely converting the layer of (-TCP in PAH by reaction with water of pH 2 at 7 at 80-100 ° C. The product obtained is a metallic or non-metallic body coated with a layer of PAH.
WO 97/41273 describe un procedimiento para revestir un sustrato, tal como destacadamente hidroxiapatito (HAP) u otros fosfatos cálcicos (CAP), con un revestimiento de hidroxiapatito carbonatado, esto es, hidroxiapatito en el que iones fosfato y/o hidroxilo están parcialmente reemplazados por iones bicarbonato, por un procedimiento que comprende (a) sumergir el sustrato en una solución a pH 6,8-8,0 que contiene iones calcio, iones fosfato y iones bicarbonato a una temperatura inferior a 50ºC, (b) calentar una porción de la solución en contacto con el sustrato a una temperatura de 50 a 80ºC que tiene un pH mayor que 8, (c) mantener el sustrato en contacto con la solución alcalina obtenida en la etapa (b) para formar un revestimiento de hidroxiapatito carbonatado y (d) extraer el sustrato de la solución y someter el revestimiento a secado. Se indica que los iones bicarbonato actúan como inhibidores del crecimiento de cristales de hidroxiapatito, resultando cristales no estequiométricos que contienen defectos y que tienen dimensiones más bien pequeñas, a saber, de 10-40 nm de longitud y 3-10 nm de anchura (véase pág. 7, líneas 1-7). WO 97/41273 describes a process for coating a substrate, such as notably hydroxyapatite (PAH) or other calcium phosphates (CAP), with a carbonated hydroxyapatite coating, that is, hydroxyapatite in which phosphate and / or hydroxyl ions are partially replaced. by bicarbonate ions, by a process comprising (a) submerging the substrate in a solution at pH 6.8-8.0 containing calcium ions, phosphate ions and bicarbonate ions at a temperature below 50 ° C, (b) heating a portion of the solution in contact with the substrate at a temperature of 50 to 80 ° C having a pH greater than 8, (c) keeping the substrate in contact with the alkaline solution obtained in step (b) to form a carbonated hydroxyapatite coating and (d) extract the substrate from the solution and subject the coating to drying. It is indicated that the bicarbonate ions act as inhibitors of the growth of hydroxyapatite crystals, resulting in non-stoichiometric crystals that contain defects and have rather small dimensions, namely 10-40 nm in length and 3-10 nm in width (see p. 7, lines 1-7).
Los componentes de los sistemas fosfato cálcico/hidroxiapatito (CAP/HAP), especialmente sistemas TCP/HAP, se diferencian en cuanto a su estabilidad termodinámica. Debido a esta diferencia, cuando se implantan sistemas CAP/HAP en un mamífero, en espacial un ser humano, la solubilidad del TCP y otros fosfatos cálcicos es mayor en el fluido del cuerpo que la solubilidad de HAP. La diferencia de solubilidad entre los fosfatos cálcicos y el HAP causa la rotura de la estructura sinterizada desordenada del sistema CAP/HAP porque el compuesto CAP (por ejemplo, TCP), más soluble, se elimina más rápidamente que el HAP. La interconexión sinterizada entre CAP y HAP producida a altas temperaturas contribuirá notablemente también a la solubilidad mayor del dispositivo en el medio fisiológico. Dos tipos diferentes de reacciones dominan la degradación in vivo acelerada de tales cerámicas: disolución química y resorción biológica por células. Ambos procesos causan la disolución del material cerámico que además causa una sobresaturación local de iones calcio, por lo que hay más iones calcio liberados que iones calcio adsorbidos. Ya no existe el equilibrio natural de iones calcio, ni en la matriz extracelular ni en el tejido que rodea el implante. La alteración local del equilibrio natural del calcio en términos de sobresaturación de iones calcio conduce a una actividad osteoclástica intensificada y, por tanto, a una resorción mal controlada del material cerámico y un riesgo de inflamación adversa, especialmente cuando se usan grandes cantidades de material sintético sustitutivo de hueso. The components of calcium phosphate / hydroxyapatite (CAP / HAP) systems, especially TCP / HAP systems, differ in terms of their thermodynamic stability. Due to this difference, when CAP / HAP systems are implanted in a mammal, in space a human being, the solubility of TCP and other calcium phosphates is greater in the body fluid than the solubility of HAP. The difference in solubility between calcium phosphates and PAH causes the disruption of the disordered sintered structure of the CAP / PAH system because the more soluble CAP compound (for example, TCP) is eliminated more rapidly than PAH. The sintered interconnection between CAP and PAH produced at high temperatures will also contribute significantly to the greater solubility of the device in the physiological environment. Two different types of reactions dominate the accelerated in vivo degradation of such ceramics: chemical dissolution and biological resorption by cells. Both processes cause the dissolution of the ceramic material that also causes a local supersaturation of calcium ions, so there are more calcium ions released than adsorbed calcium ions. The natural balance of calcium ions no longer exists, neither in the extracellular matrix nor in the tissue surrounding the implant. The local alteration of the natural calcium balance in terms of supersaturation of calcium ions leads to an intensified osteoclastic activity and, therefore, to a poorly controlled resorption of the ceramic material and a risk of adverse inflammation, especially when large amounts of synthetic material are used bone substitute
Cuando se implanta en un paciente humano el material sustitutivo de hueso Geistlich Bio-Oss®, no se afecta prácticamente el equilibrio natural de calcio, quedando casi constante la concentración de iones calcio en la superficie del material y dentro de su medio local. Por tanto, no tiene lugar la resorción biológica del material o transcurre a una velocidad muy lenta sin riesgo de reacciones de inflamación adversas. When the Geistlich Bio-Oss® bone substitute material is implanted in a human patient, the natural calcium balance is practically not affected, the concentration of calcium ions being almost constant on the surface of the material and within its local environment. Therefore, the biological resorption of the material does not take place or takes place at a very slow speed without risk of adverse inflammation reactions.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un material de fosfato cálcico/hidroxiapatito (CAP/HAP) sustitutivo de hueso, como material sustitutivo de hueso Geistlich Bio-Oss®, que, después de aplicado in vivo, permite que permanezca constante la concentración de iones calcio en la superficie del material y dentro de su medio local y no conduzca a una actividad osteoclástica aumentada. The aim of the present invention is to provide a bone substitute calcium phosphate / hydroxyapatite (CAP / HAP) material, as a Geistlich Bio-Oss® bone substitute material, which, after applied in vivo, allows the concentration of bone to remain constant. Calcium ions on the surface of the material and within your local environment and do not lead to increased osteoclastic activity.
El equilibrio natural de calcio que es necesario para la regeneración óptima de hueso no se debe alterar o destruir. Además, el equilibrio natural de la concentración de calcio debe estar duraderamente soportado por el material sustitutivo del hueso hasta que se complete el proceso de regeneración. Cuando se satisfacen estas condiciones, no hay aumento de la actividad osteoclástica y, por tanto, no hay riesgo de reacciones de inflamación adversas. The natural calcium balance that is necessary for optimal bone regeneration should not be altered or destroyed. In addition, the natural balance of calcium concentration must be endured by the bone substitute material until the regeneration process is complete. When these conditions are satisfied, there is no increase in osteoclastic activity and, therefore, there is no risk of adverse inflammation reactions.
Se ha encontrado que el objetivo señalado se alcanza con un nuevo material bifásico nanocristalino de CAP/HAP, sustitutivo de hueso, con una estructura biomimética de bicapa exactamente definida obtenido en condiciones específicas descritas aquí. It has been found that the stated objective is achieved with a new biphasic nanocrystalline material of CAP / PAH, bone substitute, with a biomimetic structure of exactly defined bilayer obtained under specific conditions described here.
Efectivamente, como lo revela la observación por microscopía con luz fluorescente de ese material de CAP/HAP sustitutivo de hueso implantado en un mamífero, no hay un incremento detectable de actividad osteoclástica en la proximidad del implante, lo que indica la ausencia de un aumento de la concentración de ion calcio en la superficie del material y dentro de su medio local. Indeed, as the observation by fluorescent light microscopy of that bone replacement CAP / HAP material implanted in a mammal reveals, there is no detectable increase in osteoclast activity in the vicinity of the implant, indicating the absence of an increase in the concentration of calcium ion on the surface of the material and within its local environment.
El nuevo material nanocristalino bifásico CAP/HAP sustitutivo de hueso muestra propiedades in vivo muy interesantes. The new biphasic nano-crystalline CAP / HAP bone replacement material shows very interesting in vivo properties.
La invención se refiere así a un material bifásico de fosfato cálcico/hidroxiapatito (CAP/HAP) sustitutivo de hueso que comprende un núcleo de CAP sinterizado y como mínimo una capa uniforme cerrada y crecida epitácticamente de HAP nanocristalino, depositada encima del núcleo de CAP sinterizado, por lo que los nanocristales epitácticamente crecidos tienen el mismo tamaño y morfología que el mineral del hueso humano, esto es, una longitud de 30 a 46 nm y una anchura de 14 a 22 nm. The invention thus relates to a biphasic calcium phosphate / hydroxyapatite (CAP / HAP) bone substitute material comprising a sintered CAP core and at least a closed and epittatically grown uniform layer of nanocrystalline PAH, deposited on top of the sintered CAP core , so that epitactically grown nanocrystals have the same size and morphology as the human bone mineral, that is, a length of 30 to 46 nm and a width of 14 to 22 nm.
El núcleo de CAP sinterizado puede comprender fosfato tricálcico (TCP), notablemente (-TCP ((-Ca3(PO4)2) o l-TCP (l-Ca3(PO4)2) y/o fosfato tetracálcico (TTCP) Ca4(PO4)2O. The sintered CAP core may comprise tricalcium phosphate (TCP), notably (-TCP ((-Ca3 (PO4) 2) or l-TCP (l-Ca3 (PO4) 2) and / or tetracalcium phosphate (TTCP) Ca4 (PO4 ) 2O.
De acuerdo con una realización frecuentemente usada, el CAP sinterizado esencialmente está constituido por TCP, prefiriéndose (-TCP. According to a frequently used embodiment, the sintered CAP is essentially constituted by TCP, with preference (-TCP.
La capa epitácticamente crecida de HAP nanocristalino es estructural y químicamente casi idéntica al mineral de hueso humano natural. The epittactically grown layer of nanocrystalline PAH is structurally and chemically almost identical to the natural human bone mineral.
La capa epitácticamente crecida de HAP nanocristalino generalmente tiene un espesor de como mínimo 15 a 50 nm, preferiblemente como mínimo de 20 a 40 nm, más preferiblemente de como mínimo 25 a 35 nm. El espesor mínimo corresponde a una capa de nanocristales de HAP en orientación epitaxial. The epittactically grown layer of nanocrystalline PAH generally has a thickness of at least 15 to 50 nm, preferably at least 20 to 40 nm, more preferably at least 25 to 35 nm. The minimum thickness corresponds to a layer of PAH nanocrystals in epitaxial orientation.
La capa epitácticamente crecida de HAP nanocristalino puede comprender una capa o múltiples capas de nanocristales de HAP en orientación epitaxial. El espesor de la capa epitácticamente crecida de HAP nanocristalino, que está relacionado con el número de tales nanocristales de HAP en orientación epitaxial, se seleccionará de acuerdo con la aplicación prevista del material sustitutivo de hueso como implante o prótesis en partes del cuerpo diferentemente cargadas, El material sustitutivo de hueso de la invención se diseña para que funcione como un sistema in vivo que transforma progresivamente el núcleo de CAP sinterizado en hidroxiapatito de tamaño y morfología similares a los del mineral de hueso humano, dependiendo la velocidad de esa transformación de la liberación de calcio por el núcleo de CAP sinterizado, que en gran medida está controlada por el espesor de la capa de HAPA nanocristalino epitácticamente crecida. The epittactically grown layer of nanocrystalline PAH may comprise a layer or multiple layers of PAH nanocrystals in epitaxial orientation. The thickness of the epittactically grown layer of nanocrystalline PAH, which is related to the number of such PAH nanocrystals in epitaxial orientation, will be selected according to the intended application of bone substitute material as an implant or prosthesis in differently charged body parts, The bone substitute material of the invention is designed to function as an in vivo system that progressively transforms the sintered CAP nucleus into hydroxyapatite of similar size and morphology to those of the human bone mineral, depending on the speed of that release transformation. of calcium by the sintered CAP core, which is largely controlled by the thickness of the epittactically grown nanocrystalline HAPA layer.
Las propiedades del material sustitutivo de hueso de CAP/HAP están controlados en gran medida por el espesor de la capa de HAP cristalino crecida epitácticamdente. El término “propiedades” incluye la capacidad del sustitutivo de hueso CAP/HAP de liberar una concentración constante de iones calcio al medio local in vitro y in vivo. The properties of the CAP / HAP bone substitute material are controlled to a large extent by the thickness of the epitactic-grown crystalline PAH layer. The term "properties" includes the ability of the CAP / HAP bone substitute to release a constant concentration of calcium ions to the local medium in vitro and in vivo.
El espesor de la capa de HAP nanocristalino crecida epitácticamente está relacionado con la relación del material de núcleo de CAP sinterizado a HAP, relación que generalmente es de entre 5:95 y 95:5, preferiblemente de 10:90 a The thickness of the epitactically grown nanocrystalline HAP layer is related to the ratio of the sintered CAP core material to PAH, a ratio that is generally between 5:95 and 95: 5, preferably from 10:90 to
90:10. 90:10
El material sustitutivo de hueso CAP/HAP puede estar en forma de partículas o como granulado, partículas o gránulos que tienen el tamaño y la forma deseados. Generalmente, las partículas o gránulos son aproximadamente esféricos y tienen un diámetro de 250 a 5000 !m. The CAP / HAP bone substitute material may be in the form of particles or as granules, particles or granules having the desired size and shape. Generally, the particles or granules are approximately spherical and have a diameter of 250 to 5000 µm.
El material sustitutivo de hueso de CAP/HAP puede ser también un cuerpo conformado, por ejemplo, un tornillo, un clavo, un alfiler o una estructura que tiene el perfil de una pieza de cuerpo óseo tal como notablemente una cadera, una clavícula, una costilla, una mandíbula, una parte del cráneo. Tal tornillo, clavo o alfiler se puede usar en cirugía ortopédica reconstructiva para fijar un ligamento a un hueso, por ejemplo, en la rodilla o el codo. Tal estructura que tiene el perfil de una pieza de un cuerpo óseo se puede emplear en cirugía ortopédica como prótesis para reemplazar un hueso o pieza de hueso que falta o defectuosa. The CAP / HAP bone substitute material may also be a shaped body, for example, a screw, a nail, a pin or a structure having the profile of a bone body piece such as notably a hip, a clavicle, a rib, a jaw, a part of the skull. Such a screw, nail or pin can be used in reconstructive orthopedic surgery to fix a ligament to a bone, for example, in the knee or elbow. Such a structure that has the profile of a piece of a bone body can be used in orthopedic surgery as a prosthesis to replace a missing or defective bone or piece of bone.
La invención se refiere además a un procedimiento para preparar el mencionado material sustitutivo de hueso de CAP/HAP, que comprende las etapas de: The invention further relates to a process for preparing said CAP / HAP bone substitute material, which comprises the steps of:
- (a)(to)
- preparar un material de núcleo de CAP sinterizado, prepare a sintered CAP core material,
- (b)(b)
- sumergir el material de núcleo de CAP sinterizado en una solución acuosa a una temperatura entre 10ºC y 50ºC para iniciar el proceso de transformación de CAP en HAP, con lo que, sobre la superficie del material de núcleo de CAP sinterizado, se forma una capa uniforme y cerrada crecida epitácticamente, teniendo los nanocristales epitácticamente crecidos el mismo tamaño y la misma morfología que el mineral de hueso humano, immerse the sintered CAP core material in an aqueous solution at a temperature between 10 ° C and 50 ° C to initiate the CAP transformation process in PAH, whereby, on the surface of the sintered CAP core material, a uniform layer is formed and closed grown epitactically, having epittactically grown nanocrystals the same size and morphology as the human bone mineral,
- (c) (C)
- parar la transformación separando el material de la solución acuosa en el momento en que está presenta un revestimiento uniforme y cerrado de al menos una capa nanocristalina de HAP, pero antes de que finalice completamente el proceso de transformación, stop the transformation by separating the material from the aqueous solution at the moment in which there is a uniform and closed coating of at least one nanocrystalline layer of PAH, but before the transformation process is completely completed,
- (d)(d)
- opcionalmente, esterilizar el material separado procedente de la etapa (c). optionally, sterilize the separated material from step (c).
El material de núcleo de CAP sinterizado puede comprender fosfato tricálcico, notablemente (-TCP ((-Ca3(PO4)2) o l-TCP (l-Ca3(PO4)2) y/o fosfato tetracálcico (TTCP) Ca4(PO4)2O. The sintered CAP core material may comprise tricalcium phosphate, notably (-TCP ((-Ca3 (PO4) 2) or l-TCP (l-Ca3 (PO4) 2) and / or tetracalcium phosphate (TTCP) Ca4 (PO4) 2O.
De acuerdo con una realización frecuentemente usada, el material de núcleo de CAP sinterizado consiste esencialmente en TCP, prefiriéndose (-TCP. According to a frequently used embodiment, the sintered CAP core material consists essentially of TCP, with preference (-TCP.
La preparación del material de núcleo de CAP sinterizado puede realizarse por procedimientos conocidos en la técnica que comprenden mezclar primeramente polvos de hidrógeno fosfato cálcico (CaHPO4)2, carbonato cálcico y/o hidróxido cálcico, luego calcinar la mezcla dentro de un intervalo de temperaturas apropiado, con lo que resulta un material de núcleo de CAP sinterizado a granel (véase, por ejemplo, Mathew M y otros, 1977, Acta Cryst. B33:1325; Dickens B. y otros, 1974, J. Solid State Chemistry 10, 232; y Duracan C. y otros, 2002, J. Mat. Sci., 37:963). The preparation of the sintered CAP core material can be carried out by methods known in the art that comprise mixing calcium hydrogen phosphate (CaHPO4) 2 powders, calcium carbonate and / or calcium hydroxide first, then calcining the mixture within an appropriate temperature range , resulting in a bulk sintered CAP core material (see, for example, Mathew M et al., 1977, Acta Cryst. B33: 1325; Dickens B. et al., 1974, J. Solid State Chemistry 10, 232 ; and Duracan C. et al., 2002, J. Mat. Sci., 37: 963).
Un material de núcleo de TCP sinterizado a granel se puede obtener así mezclando polvos de hidrogenofosfato de calcio (CaHPO4), carbonato cálcico y/o hidróxido cálcico en relación estequiométrica, calcinando y sinterizando la mezcla a una temperatura en el intervalo de 1200-1450ºC, preferiblemente a aproximadamente 1400ºC… A bulk sintered TCP core material can thus be obtained by mixing calcium hydrogen phosphate powders (CaHPO4), calcium carbonate and / or calcium hydroxide in stoichiometric ratio, calcining and sintering the mixture at a temperature in the range of 1200-1450 ° C, preferably at about 1400 ° C ...
Un material de núcleo de TCP sinterizado a granel se puede obtener por tanto también por el procedimiento descrito antes. A bulk sintered TCP core material can therefore also be obtained by the procedure described above.
El material de CAP sinterizado a granel preparado por tales procedimientos puede ser poroso con una porosidad de 12 a 80% y una amplia distribución de los poros. Los parámetros de porosidad se seleccionarán de acuerdo con la aplicación prevista del material sustitutivo de hueso de CAP/HAP. The bulk sintered CAP material prepared by such procedures can be porous with a porosity of 12 to 80% and a wide distribution of the pores. Porosity parameters will be selected according to the intended application of the CAP / HAP bone substitute material.
El material de CAP sinterizado a granel usado en la etapa (b) puede ser: The bulk sintered CAP material used in step (b) can be:
- --
- el material de núcleo de CAP sinterizado a granel preparado como se ha descrito antes, bulk sintered CAP core material prepared as described above,
- --
- un material de núcleo de CAP sinterizado en partículas o granulado obtenido a partir del material de núcleo de CAP sinterizado a granel preparado como se ha descrito antes, usando métodos tradicionales tales como machaqueo, trituración y/o molienda, y tamizando, o a particle sintered or granulated CAP core material obtained from bulk sintered CAP core material prepared as described above, using traditional methods such as crushing, crushing and / or grinding, and sieving, or
- --
- una preforma de material de núcleo de CAP sinterizado que tiene la forma y el tamaño deseados, por ejemplo, un tornillo, un clavo, un alfiler o una estructura que tiene el perfil de una pieza de cuerpo óseo. a preform of sintered CAP core material having the desired shape and size, for example, a screw, a nail, a pin or a structure having the profile of a bone body piece.
Tal preforma de cualesquier formas y tamaños se puede obtener del material de núcleo sinterizado a granel preparado como se ha descrito antes, usando técnicas de preparación de prototipos bien conocidas tales como mecanización CNC o impresión 3D (por ejemplo Bartolo P. y otros, 2009, Bio-Materials and Prototyping Applications in Medicine, Springer Science New York, ISBN 978-0-387-47682-7; Landers R y otros, 2002, Biomaterials 23(23), 4437; Yeong W.-Y y otros, 2004, Trends in Biotechnology, 22 (12), 643; y Seitz H. y otros, 2005, Biomed. Mat. Res. 74B (29; 782). Such a preform of any shapes and sizes can be obtained from the bulk sintered core material prepared as described above, using well known prototyping techniques such as CNC machining or 3D printing (eg Bartolo P. et al., 2009, Bio-Materials and Prototyping Applications in Medicine, Springer Science New York, ISBN 978-0-387-47682-7; Landers R et al., 2002, Biomaterials 23 (23), 4437; Yeong W.-Y et al., 2004, Trends in Biotechnology, 22 (12), 643; and Seitz H. et al., 2005, Biomed. Mat. Res. 74B (29; 782).
La solución acuosa de la etapa (b) puede ser agua pura, un fluido del cuerpo simulado o un tampón. Es importante que el valor del pH de la solución de inmersión de la etapa (b) sea casi neutro y que permanezca estable a lo largo del proceso de transformación, preferiblemente en un intervalo de pH de 5,5 a 9,0. The aqueous solution of step (b) may be pure water, a simulated body fluid or a buffer. It is important that the pH value of the immersion solution of step (b) is almost neutral and that it remains stable throughout the transformation process, preferably in a pH range of 5.5 to 9.0.
El tampón puede ser cualquier tampón del intervalo de pH indicado antes, pero preferiblemente es un tampón fosfato con o sin calcio, magnesio y/o sodio. The buffer may be any buffer in the pH range indicated above, but preferably it is a phosphate buffer with or without calcium, magnesium and / or sodium.
El término “fluido corporal simulado” se refiere a cualquier solución que imita un fluido corporal. Preferiblemente, el fluido corporal simulado tiene una concentración de iones similar a la del plasma sanguíneo. The term "simulated body fluid" refers to any solution that mimics a body fluid. Preferably, the simulated body fluid has an ion concentration similar to that of blood plasma.
El intervalo de temperaturas en la etapa (b) generalmente está entre 10ºC y 50ºC, preferiblemente entre 25 y 45ºC, más preferiblemente entre 35ºC y 40ºC. The temperature range in step (b) is generally between 10 ° C and 50 ° C, preferably between 25 and 45 ° C, more preferably between 35 ° C and 40 ° C.
La etapa de inmersión (b) induce en una primera fase una transición de primer orden del material de núcleo de CAP y, por tanto, la nucleación de precursores de nanocristales de HAP. Durante la segunda fase, los precursores de HAP resultantes de la primera fase crecerán y establecerán una capa cerrada (esto es, que reviste completamente) de material compuesto nanocristalino epitáctico. La primera capa de nanocristales de HAP debe ser uniforme y cerrada y conectada epitáxicamente al material de núcleo de CAP sinterizado. The immersion stage (b) induces in a first phase a first order transition of the CAP core material and, therefore, the nucleation of HAP nanocrystal precursors. During the second phase, the PAH precursors resulting from the first phase will grow and establish a closed layer (that is, completely coated) of epitactic nanocrystalline composite. The first layer of PAH nanocrystals must be uniform and closed and connected epitaxically to the sintered CAP core material.
Durante una tercera fase, la transición de fase de primer orden puede transcurrir dentro del material compuesto bicapa formado nuevamente para transformar el material de núcleo de CAP sinterizado (TCP o TTCP) en HAP nanocristalino. Durante esta tercera etapa de transición de fase, se liberarán iones calcio durante un tiempo controlable por un proceso controlado de difusión lenta hasta que una parte del material de núcleo de CAP sinterizado se haya transformado en HAP nanocristalino. El tiempo de transformación y, por tanto, la velocidad de liberación de calcio se puede controlar por variación del espesor de la capa de HAP. During a third phase, the first order phase transition can take place within the newly formed bilayer composite material to transform the sintered CAP core material (TCP or TTCP) into nanocrystalline HAP. During this third stage of phase transition, calcium ions will be released for a time that can be controlled by a controlled slow diffusion process until a part of the sintered CAP core material has been transformed into nanocrystalline PAH. The transformation time and, therefore, the rate of calcium release can be controlled by varying the thickness of the HAP layer.
La capa de HAP nanocristalino crecida epitácticamente, de un espesor apropiado, se preparará in vitro, habiendo parado antes la transformación de CAP en HAP antes de que sea completa. The epitactically grown nanocrystalline PAH layer, of an appropriate thickness, will be prepared in vitro, having previously stopped the transformation of CAP into PAH before it is complete.
Tan pronto como el material sustitutivo de hueso de CAP/HAP se ponga in vivo, se reactivará el proceso de transformación de CAP en HAP por contacto con los fluidos corporales y el material sustitutivo de hueso funcionará como un sistema de tipo vivo que forma hidroxiapatito nuevo, similar en cuanto a tamaño y morfología a mineral óseo humano. Durante el proceso de transformación de fase in vivo, los iones calcio liberados transportados se liberarán en el medio local que soporta el equilibrio local de calcio, que es importante y beneficioso para los procesos de regeneración de hueso. As soon as the CAP / HAP bone substitute material is placed in vivo, the CAP transformation process in PAH will be reactivated by contact with body fluids and the bone substitute material will function as a live-type system that forms new hydroxyapatite. , similar in size and morphology to human bone mineral. During the in vivo phase transformation process, the transported released calcium ions will be released into the local medium that supports the local calcium balance, which is important and beneficial for bone regeneration processes.
Debido a tiempos diferentes de regeneración de defectos óseos en regiones del cuerpo cargadas diferentemente, es importante que se pueda controlar la velocidad de liberación de calcio. Esto se puede conseguir variando el espesor de la capa de hidroxiapatito crecida epitácticamente. Due to different regeneration times of bone defects in differently charged regions of the body, it is important that the rate of calcium release can be controlled. This can be achieved by varying the thickness of the epitactically grown hydroxyapatite layer.
Por tanto, la etapa (c) es una etapa muy crítica. El tiempo de exposición en la solución acuosa de la etapa (b) está basada en el espesor de la capa de HAP deseado. Es necesaria como mínimo una capa de HAP nanocristalina en orientación epitaxial. Es esencial que no haya finalizado la transformación de CAP en HAP. Therefore, stage (c) is a very critical stage. The exposure time in the aqueous solution of step (b) is based on the thickness of the desired PAH layer. At least one layer of nanocrystalline PAH in epitaxial orientation is necessary. It is essential that the transformation of CAP into HAP has not been completed.
El tiempo de exposición apropiado de acuerdo con el espesor deseado se puede calcular usando varias ecuaciones termodinámicas diferenciales bien conocidas por una persona experta en la técnica de fosfatos de calcio y la química del cemento y hormigón. The appropriate exposure time according to the desired thickness can be calculated using several differential thermodynamic equations well known to a person skilled in the art of calcium phosphates and the chemistry of cement and concrete.
Véase, por ejemplo: Pommersheim, J.C, Clifton, J.R. (1979) Cem. Conc. Res., 9:765; Pommersheim, J.C; Clifton, See, for example: Pommersheim, J.C, Clifton, J.R. (1979) Cem. Conc. Res., 9: 765; Pommersheim, J.C; Clifton,
J.R. (1982) Cem. Conc. Res, 12:765; y Schlüssler, K.H. Mcedlov, O.P. (1990): Der Baustoff Beton, VEB Verlag Bauwesen, Berlin. J.R. (1982) Cem. Conc. Res, 12: 765; and Schlüssler, K.H. Mcedlov, O.P. (1990): Der Baustoff Beton, VEB Verlag Bauwesen, Berlin.
Transfiriendo la solución de las ecuaciones diferenciales antes mencionadas al sistema de CAP/HAP se puede predecir la transición de CAP en HAP y el espesor de la capa, pudiendo prepararse la capa epitáctica de HAP de manera estable y reproductible. By transferring the solution of the aforementioned differential equations to the CAP / PAH system, the CAP transition in PAH and the thickness of the layer can be predicted, and the PAH epitactic layer can be prepared in a stable and reproducible manner.
La separación del material sólido de la solución acuosa usualmente se realiza por filtración y secado usando métodos bien conocidos en la técnica. The solid material is separated from the aqueous solution usually by filtration and drying using methods well known in the art.
La etapa opcional de esterilización (d) se puede realizar por métodos bien conocidos en la técnica tales como irradiación gamma. The optional sterilization step (d) can be performed by methods well known in the art such as gamma irradiation.
La invención concierne también al uso del material sustitutivo de hueso CAP/HAP antes definido, generalmente en forma de cuerpo conformado, como implante o prótesis para soportar la formación de hueso, la regeneración de hueso, la reparación y/o reemplazo de hueso en un sitio defectuoso en un ser humano o animal. The invention also concerns the use of the CAP / HAP bone substitute material defined above, generally in the form of a shaped body, as an implant or prosthesis to support bone formation, bone regeneration, repair and / or bone replacement in a defective site in a human or animal being.
La invención también se refiere a un método para promover la formación de hueso, la regeneración de hueso y/o la la reparación de hueso en un sitio defectuoso de un ser humano o animal implantando el material sustitutivo de hueso CAP/HAP antes definido, generalmente en forma de un cuerpo en partículas o conformado. The invention also relates to a method for promoting bone formation, bone regeneration and / or bone repair at a defective site of a human or animal implanting the CAP / HAP bone substitute material defined above, generally in the form of a particulate or shaped body.
Ventajas del material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de la invención Advantages of the CAP / HAP bone substitute material of the invention
Los nanocristales de HAP epitácticamente crecidos que rodean el material de núcleo de CAP sinterizado son de un tamaño y una morfología idénticos a los cristales de apatito de mineral óseo humano natural, como se muestra en la siguiente Tabla 1. Así, el material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de la invención mimetiza con éxito el material compuesto o la microestructura del hueso y es representativo de material biomimético de mineral óseo humano. The epitactically grown PAH nanocrystals surrounding the sintered CAP core material are of a size and morphology identical to the apatite crystals of natural human bone mineral, as shown in Table 1. Thus, the bone substitute material CAP / HAP of the invention successfully mimics the composite or microstructure of bone and is representative of biomimetic material of human bone mineral.
Tabla 1 Table 1
Comparación del tamaño y la morfología de cristales de HAP para el sustitutivo de hueso de CAP/HAP de la invención y mineral óseo humano Comparison of the size and morphology of PAH crystals for the CAP / PAH bone substitute of the invention and human bone mineral
- Ejes cristalográficos (grupo espacial hexagonal P63/m) Crystallographic axes (hexagonal space group P63 / m)
- CAP/HAP de la invención preparado a temperatura fisiológica Tamaño de cristal+ [nm] Mineral óseo humano natural Tamaño de cristal* [nm] CAP / HAP of the invention prepared at physiological temperature Crystal size + [nm] Natural human bone mineral Crystal size * [nm]
- a (1.0.0) b (0.1.0) c (0.0.1) a (1.0.0) b (0.1.0) c (0.0.1)
- 18 (+4) 18 (+4) 38 (+8) 15-21 15-21 34-45 18 (+4) 18 (+4) 38 (+8) 15-21 15-21 34-45
*El análisis del tamaño del cristal se ha realizado usando TEM (microscopía electrónica de transmisión), SPM (fécnicas de microscopía de barrido) así como afino de datos de difracción de rayos X usando el método de Bragg. * Crystal size analysis was performed using TEM (transmission electron microscopy), SPM (scanning microscopy techniques) as well as refining X-ray diffraction data using the Bragg method.
La concentración constante de iones calcio da por resultado una adherencia mejorada de osteoblastos y osteoclastos a la superficie de HAP en la relación correcta para la osteogénesis y así a un estado estacionario en el ciclo de regeneración del hueso. Se proporciona una superficie sobre la cual se unen fácilmente los osteoblastos y osteoclastos en la relación correcta para la regeneración del hueso. The constant concentration of calcium ions results in an improved adhesion of osteoblasts and osteoclasts to the surface of PAH in the correct relationship for osteogenesis and thus to a steady state in the bone regeneration cycle. A surface is provided on which osteoblasts and osteoclasts easily bind in the correct relationship for bone regeneration.
Además, debido a sus propiedades de superficie muy controlables, el material de CAP/HAP sustitutivo de hueso de la invención puede actuar como matriz para moléculas bioactivas tales como proteínas de matriz extracelulares tales como factores de crecimiento, notables para la regeneración de hueso. In addition, due to its highly controllable surface properties, the bone substitute CAP / HAP material of the invention can act as a matrix for bioactive molecules such as extracellular matrix proteins such as growth factors, notable for bone regeneration.
Los ejemplos siguientes ilustran la invención sin limitar su alcance. The following examples illustrate the invention without limiting its scope.
Ejemplo 1 Preparación de un material de (-TCP sinterizado a granel Example 1 Preparation of a bulk sintered (-TCP) material
Para una mezcla de 500 g (peso en seco) se mezclaron durante 7 min a 500 rpm, usando un agitador de laboratorio, 360 g de fosfato dicálcico anhidro, 144 g de carbonato potásico y 220 ml de agua desionizada. La suspensión del proceso de mezcla se pasó inmediatamente a una copa de platino a alta temperatura estable. La copa de platino llena se puso en un horno frío. El horno se calentó a 1400ºC a una velocidad de calentamiento de 60ºC por hora. Después de 72 horas se paró el proceso de calentamiento desconectando el horno. El material sinterizado a granel (fase de (-Ca3(PO4)2 pura) se sacó del horno y el vaso de platino. El producto a granel del proceso de sinterización tenía un peso de 420 g (pérdida de peso, 16,7%). For a mixture of 500 g (dry weight) they were mixed for 7 min at 500 rpm, using a laboratory stirrer, 360 g of anhydrous dicalcium phosphate, 144 g of potassium carbonate and 220 ml of deionized water. The suspension of the mixing process was immediately transferred to a stable high temperature platinum cup. The full platinum cup was put in a cold oven. The oven was heated at 1400 ° C at a heating rate of 60 ° C per hour. After 72 hours the heating process was stopped by disconnecting the oven. The bulk sintered material (phase of (-Ca3 (PO4) 2 pure) was taken out of the oven and the platinum vessel. The bulk product of the sintering process had a weight of 420 g (weight loss, 16.7% ).
El control de la pureza de la fase se realizó por análisis de difracción de rayos X en polvo. The phase purity control was performed by powder X-ray diffraction analysis.
Ejemplo 2 Preparación de gránulos porosos de (-TCP sinterizado con un tamaño de partícula entre 0,25 y 2 mm. Example 2 Preparation of porous granules of (-TCP sintered with a particle size between 0.25 and 2 mm.
El producto a granel del Ejemplo 1 se trituró usando una trituradora de mandíbula (tamaño de la abertura 4 mm). Los gránulos gruesos se tamizaron usando una tamizadora de insertos de tamiz de una abertura de malla de 2 mm y 0,25 mm. Después de tamizar, las fracciones de gránulos se enjuagaron 2 veces con agua purificada para separar partículas de polvo fino residuales adsorbidas a los gránulos. Los gránulos porosos se secaron durante 10 horas a 20ºC en una secadora. El control de la distribución del tamaño de grano se hizo usando tecnología de difracción láser. La limpieza de la superficie de las partículas después de enjuagar se controló mediante observación de la superficie por microscopía electrónica de barrido. The bulk product of Example 1 was crushed using a jaw crusher (opening size 4 mm). The coarse granules were screened using a sieve insert sieve with a mesh opening of 2 mm and 0.25 mm. After screening, the granule fractions were rinsed 2 times with purified water to separate residual fine dust particles adsorbed to the granules. The porous granules were dried for 10 hours at 20 ° C in a dryer. The control of grain size distribution was done using laser diffraction technology. The cleaning of the surface of the particles after rinsing was monitored by observation of the surface by scanning electron microscopy.
Ejemplo 3 Preparación de cilindros porosos (longitud 10 mm, diámetro 6 mm) de (-TCP por mecanizado CNC El producto a granel del Ejemplo 1 se mecanizó a una pieza cúbica cuyos bordes eran a=3 cm, b=2 cm, c=2 cm usando una máquina de corte. La pieza se puso en una rectificadora CNC de 4 ejes equipada con una herramienta de corte por mecanización de metal duro de cabeza redonda con un diámetro de 3 mm. Los cilindros se mecanizaron por rectificado helicoidal con un diámetro de 3 mm y una pendiente de 0,25 mm. La velocidad principal de la pieza de trabajo durante el rectificado CNC fue de 1700 rotaciones por minuto, la velocidad máxima de rectificado helicoidal se calculó por un procedimiento integral dentro del equipo CNC y 10 rotaciones medias por minuto. Después del rectificado, las preformas cilíndricas se enjuagaron 2 veces con agua purificada para separar polvo fino residual adsorbido a la superficie cilíndrica. Los cilindros porosos se secaron a 120ºC durante 10 horas en una secadora de armario. La limpieza de la superficie de la preforma después de la enjuagadura se controló examinando la superficie por microscopía electrónica de barrido. La corrección de las dimensiones de la preforma se controló usando una galga de deslizamiento. Example 3 Preparation of porous cylinders (length 10 mm, diameter 6 mm) of (-TCP by CNC machining The bulk product of Example 1 was machined to a cubic piece whose edges were a = 3 cm, b = 2 cm, c = 2 cm using a cutting machine The piece was placed in a 4-axis CNC grinding machine equipped with a 3 mm diameter round head hard metal machining cutting tool.The cylinders were machined by helical grinding with a diameter of 3 mm and a slope of 0.25 mm The main speed of the workpiece during CNC grinding was 1700 rotations per minute, the maximum helical grinding speed was calculated by an integral procedure within the CNC equipment and 10 rotations averages per minute After grinding, the cylindrical preforms were rinsed twice with purified water to remove residual fine dust adsorbed to the cylindrical surface.The porous cylinders were dried at 120 ° C for 10 hours and n a closet dryer. The cleanliness of the preform surface after rinsing was monitored by examining the surface by scanning electron microscopy. The correction of the dimensions of the preform was controlled using a sliding gauge.
Ejemplo 4 Preparación de un revestimiento de HAP nanocristalino crecido epitácticamente sobre los gránulos de (-TCP sinterizado del Ejemplo 2. Example 4 Preparation of a coating of nanocrystalline PAH epitactically grown on the granules of (-TCP sintered from Example 2.
Se preparó una solución tamponada (1000 ml) adecuada para el proceso de revestimiento y transformación usando 1,82 mol/l de sodio, 4,68 mol/l de hidrógeno, 0,96 mol/l de fósforo, 5,64 mol/l de oxígeno, 0,01 mol/l de calcio y 0,71 mol/l de cloro. Se ajustó a 7,4 el pH de la solución a una temperatura de 40ºC. Los gránulos producidos de acuerdo con el Ejemplo 1 y el Ejemplo 2 se sumergieron en la solución preparada y se almacenaron en un baño de agua a buena temperatura (40ºC) durante un tiempo calculado de acuerdo con un espesor de capa a una media de 250 nm (10 horas) que equivale a una composición de fase (p/p) de 75% de (-TCP y 25% de hidroxiapatito. Después de sumergirlos, los gránulos se enjuagaron 3 veces con agua purificada para eliminar residuales de la solución tamponada. Los gránulos porosos se secaron durante 4 horas a 120ºC en una secadora de armario. La composición de fases de los gránulos se analizó por análisis de Rietveld de datos de difracción en polvo de rayos X, el tamaño de los cristales de fases cristalinas obtenidas por el proceso de revestimiento se analizó por afino de tamañodeformación de datos de difracción de rayos X de acuerdo con la técnica de Bragg. La porosidad de los gránulos se controló usando porosimetría de intrusión de mercurio, la morfología de la superficie después de revestimiento se controló usando microscopía electrónica de barrido. A buffered solution (1000 ml) suitable for the coating and transformation process was prepared using 1.82 mol / l of sodium, 4.68 mol / l of hydrogen, 0.96 mol / l of phosphorus, 5.64 mol / l of oxygen, 0.01 mol / l of calcium and 0.71 mol / l of chlorine. The pH of the solution was adjusted to 7.4 at a temperature of 40 ° C. The granules produced according to Example 1 and Example 2 were immersed in the prepared solution and stored in a good temperature water bath (40 ° C) for a time calculated according to a layer thickness at an average of 250 nm (10 hours) which is equivalent to a phase composition (w / w) of 75% (-TCP and 25% hydroxyapatite. After immersing them, the granules were rinsed 3 times with purified water to remove residuals from the buffered solution. The porous granules were dried for 4 hours at 120 ° C. in a cabinet dryer The phase composition of the granules was analyzed by Rietveld analysis of X-ray powder diffraction data, the size of the crystals of crystalline phases obtained by the Coating process was analyzed by refining size deformation of X-ray diffraction data according to the Bragg technique.The porosity of the granules was controlled using mercury intrusion porosimetry, l The surface morphology after coating was monitored using scanning electron microscopy.
Ejemplo 5 Preparación de un revestimiento de HAP nanocristalino crecido epitácticamente sobre los cilindros de (-TCP sinterizado del Ejemplo 3 Example 5 Preparation of a coating of epistactically grown nanocrystalline PAH on the sintered -TCP cylinders of Example 3
Se preparó una solución tamponada (1000 ml) adecuada para revestir y realizar el proceso de transformación de fase usando 1,82 mol/l de sodio, 4,68 mol/l de hidrógeno, 0,96 mol/l de fósforo, 5,64 mol/l de oxígeno, 0,01 mol/l de calcio y 0,71 mol/l de cloro. Se ajustó a 7,4 el pH de la solución a una temperatura de 40ºC. Los cilindros porosos producidos de acuerdo con los Ejemplos 1 y 3 se sumergieron en la solución preparada y se almacenaron en un baño de agua a buena temperatura (40ºC) durante un tiempo calculado de acuerdo con un espesor de capa a una media de 20 !m (60 horas) que equivale a una composición de fase (p/p) de 85% de (-TCP y 15% (p/p) de hidroxiapatito. Después de sumergirlos, los cilindros se enjuagaron 3 veces con agua purificada para eliminar los residuales de la solución tamponada. Los cilindros porosos se secaron durante 10 horas a 120ºC en una secadora de armario. La composición de las fases de los cilindros se analizó por análisis de Rietveld de los datos de difracción de rayos X en polvo, los tamaños de los cristales de las fases obtenidas por el procedimiento de revestimiento se analizaron por afino de tamaño-deformación de datos de difracción de rayos X de acuerdo con la técnica de Bragg. El crecimiento epitaxial se analizó usando espectroscopia de diferencia de reactancia (RD). La porosidad de los cilindros se controló usando porosimetría de intrusión de mercurio, la morfología de la superficie después de revestimiento se controló mediante microscopía electrónica de barrido. El espesor de capa se controló usando difracción de electrones de alta energía por reflexión (RED) y/o espectroscopia de fotoelectrones (XPS). A buffered solution (1000 ml) suitable for coating and performing the phase transformation process was prepared using 1.82 mol / l of sodium, 4.68 mol / l of hydrogen, 0.96 mol / l of phosphorus, 5, 64 mol / l of oxygen, 0.01 mol / l of calcium and 0.71 mol / l of chlorine. The pH of the solution was adjusted to 7.4 at a temperature of 40 ° C. The porous cylinders produced according to Examples 1 and 3 were immersed in the prepared solution and stored in a good temperature water bath (40 ° C) for a time calculated according to a layer thickness at an average of 20 µm (60 hours) equivalent to a phase composition (w / w) of 85% of (-TCP and 15% (w / w) of hydroxyapatite. After immersing them, the cylinders were rinsed 3 times with purified water to remove the residuals of the buffered solution The porous cylinders were dried for 10 hours at 120 ° C. in a cabinet dryer The composition of the cylinder phases was analyzed by Rietveld analysis of the powder X-ray diffraction data, the sizes of the crystals of the phases obtained by the coating procedure were analyzed by size-strain refinement of X-ray diffraction data according to the Bragg technique Epitaxial growth was analyzed using difference spectroscopy of reactance (RD). The porosity of the cylinders was controlled using mercury intrusion porosimetry, the surface morphology after coating was controlled by scanning electron microscopy. The layer thickness was controlled using high energy electron diffraction by reflection (RED) and / or photoelectron spectroscopy (XPS).
Ejemplo 6 Influencia del tiempo de inmersión sobre el espesor de capa y la composición de fases Example 6 Influence of immersion time on layer thickness and phase composition
Las Tablas 2 y 3 muestran datos experimentales para un ejemplo que muestra la influencia del tiempo de inmersión sobre el espesor de capa y la composición de fase, respectivamente, para partículas de (-TCP poroso con geometría casi esférica y tamaño de 10 a 20 !m, una porosidad de 25-40% en volumen, una superficie específica (interior) de 50-60 m2/g, una densidad aparente de 0,6-0,8 ml.Tables 2 and 3 show experimental data for an example that shows the influence of immersion time on the layer thickness and phase composition, respectively, for particles of (-TCP porous with almost spherical geometry and size from 10 to 20! m, a porosity of 25-40% by volume, a specific surface (interior) of 50-60 m2 / g, an apparent density of 0.6-0.8 ml.
Tabla 2 Table 2
Influencia del tiempo de inmersión sobre el espesor de la capa Influence of immersion time on the thickness of the layer
- Tiempo de inmersión Immersion time
- Espesor de la capa *, nm Layer Thickness *, nm
- 0 15 30 60 600 0 15 30 60 600
- -37 (+10) 112 (+4) 121 (+9) 238 (+8) -37 (+10) 112 (+4) 121 (+9) 238 (+8)
* La epitaxia, la composición química de la capa y el análisis del espesor de capa se hicieron por RED (difracción de electrones de alta energía por reflexión) y XPS ()espectroscopia de fotoelectrones). * The epitaxy, the chemical composition of the layer and the analysis of the layer thickness were made by RED (high energy electron diffraction by reflection) and XPS () photoelectron spectroscopy.
Tabla 3 Influencia del tiempo de inmersión sobre la composición de la fase Table 3 Influence of immersion time on phase composition
- Tiempo de inmersión, h Dive time, h
- TCP**, % en peso HAP**, % en peso TCP **,% by weight PAH **,% by weight
- 0 0
- 100 - 100 -
- 0,5 0.5
- 86,6 (+1) 13,4 (+2) 86.6 (+1) 13.4 (+2)
- 1 one
- 85,8 (+1) 14,2 (+3) 85.8 (+1) 14.2 (+3)
- 2 2
- 83,5 (+1) 16,4 (+3) 83.5 (+1) 16.4 (+3)
- 5 5
- 78,1 (+1) 21,9 (+3) 78.1 (+1) 21.9 (+3)
- 7,5 7.5
- 75,3 (+1) 24,7 (+3) 75.3 (+1) 24.7 (+3)
- 10 10
- 74,2 (+5) 25,8 (+2) 74.2 (+5) 25.8 (+2)
- 12 12
- 58,8(+6) 41,2 (+7) 58.8 (+6) 41.2 (+7)
- 24 24
- 44,8 (+9) 55,2 (+6) 44.8 (+9) 55.2 (+6)
- 48 48
- 35,8 (+6) 64,2 (+3) 35.8 (+6) 64.2 (+3)
- 72 72
- - 100 - 100
** El análisis de fase cuantitativo se realizó usando el afino de Rietveld de datos de difracción de rayos X de polvo. ** Quantitative phase analysis was performed using the Rietveld refining of powder X-ray diffraction data.
*** Los datos experimentales se evaluaron en un sistema con los parámetros siguientes: Fase líquida: líquido salino tamponado de PBS, 20x, temperatura 40ºC. *** The experimental data were evaluated in a system with the following parameters: Liquid phase: PBS buffered saline liquid, 20x, temperature 40 ° C.
Claims (14)
- 1.one.
- Material sustitutivo de hueso de fosfato cálcico/hidroxiapatito (CAP/HAP) bifásico que comprende un núcleo de CAP sinterizado y como mínimo una capa uniforme y cerrada crecida epitácticamente de HAP nanocristalino depositado encima del núcleo de CAP, por lo que los nanocristales crecidis epitácticamente tienen el mismo tamaño y morfología que el mineral óseo humano, esto es, una longitud de 30 a 46 nm y una anchura de 14 a 22 nm. Biphasic calcium phosphate / hydroxyapatite (CAP / HAP) bone substitute material comprising a sintered CAP core and at least a uniform and closed epittactically grown layer of nanocrystalline HAP deposited on top of the CAP core, so that the epittactically crecidis nanocrystals have the same size and morphology as the human bone mineral, that is, a length of 30 to 46 nm and a width of 14 to 22 nm.
- 2.2.
- Un material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la capa crecida epitácticamente de HAP nanocristalino generalmente tiene un espesor de como mínimo 15 a 50 nm. A CAP / HAP bone substitute material according to claim 1, wherein the epittactically grown layer of nanocrystalline PAH generally has a thickness of at least 15 to 50 nm.
- 3.3.
- Un material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la capa crecida epitácticamente de HAP nanocristalino generalmente tiene un espesor de como mínimo 20 a 40 nm. A CAP / HAP bone substitute material according to claim 1, wherein the epittactically grown layer of nanocrystalline PAH generally has a thickness of at least 20 to 40 nm.
- 4.Four.
- Un material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la relación de material de núcleo de CAP sinterizado a HAP es de entre 5:95 y 95:5. A CAP / HAP bone substitute material according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio of sintered CAP core material to PAH is between 5:95 and 95: 5.
- 5.5.
- Un material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la relación de material de núcleo de CAP sinterizado a HAP es de entre 10:90 y 90:10. A CAP / HAP bone substitute material according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio of sintered CAP core material to PAH is between 10:90 and 90:10.
- 6.6.
- Un material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el núcleo de CAP sinterizado consiste esencialmente en (-TCP. A CAP / HAP bone substitute material according to any one of claims 1 to 5, wherein the sintered CAP core consists essentially of (-TCP.
- 7.7.
- Un material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que es un material en partículas o un granulado. A CAP / HAP bone substitute material according to any one of claims 1 to 6, which is a particulate material or a granulate.
- 8.8.
- Un material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que es un cuerpo conformado. A CAP / HAP bone substitute material according to any one of claims 1 to 6, which is a shaped body.
- 9.9.
- Un cuerpo conformado de la reivindicación 8, que es un tornillo, un clavo o un alfiler. A shaped body of claim 8, which is a screw, a nail or a pin.
- 10.10.
- Un cuerpo conformado de la reivindicación 8, que es una estructura que tiene el perfil de una pieza de cuerpo óseo. A shaped body of claim 8, which is a structure having the profile of a piece of bone body.
- 11.eleven.
- Un procedimiento para preparar el material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende las etapas de A process for preparing the CAP / HAP bone substitute material of any one of claims 1 to 10, comprising the steps of
- (a)(to)
- preparar un material de núcleo de CAP sinterizado, prepare a sintered CAP core material,
- (b)(b)
- sumergir el material de núcleo de CAP sinterizado en una solución acuosa a una temperatura entre 10ºC y 50ºC para iniciar el proceso de transformación de CAP en HAP por el que se formará sobre la superficie del material de núcleo de CAP sinterizado una capa uniforme y cerrada crecida epitácticamente de hidroxiapatito nanocristalino, teniendo los nanocristales crecidos epitácticamente el mismo tamaño y morfología que el mineral óseo humano, immerse the sintered CAP core material in an aqueous solution at a temperature between 10 ° C and 50 ° C to initiate the process of transforming CAP into HAP whereby a uniform and closed layer grown on the sintered CAP core material will be formed epitactically of nanocrystalline hydroxyapatite, with the nanocrystals grown epittactically the same size and morphology as human bone mineral,
- (c) (C)
- parar la transformación separando material sólido de la solución acuosa cuando está presente un revestimiento uniforme y cerrado de como mínimo una capa nanocristalina de HAP, pero antes de que acabe completamente el proceso de transformación, y stop the transformation by separating solid material from the aqueous solution when a uniform and closed coating of at least one nanocrystalline layer of PAH is present, but before the transformation process is complete, and
- (d)(d)
- opcionalmente, esterilizar el material separado procedente de la etapa (c). optionally, sterilize the separated material from step (c).
- 12. 12.
- Un procedimiento de la reivindicación 11, en el que, en la etapa (b), el pH de la solución acuosa permanece dentro del intervalo de 5,5 a 9,0. A process of claim 11, wherein, in step (b), the pH of the aqueous solution remains within the range of 5.5 to 9.0.
- 13.13.
- Un procedimiento de la reivindicación 11 o 12, en el que la temperatura en la etapa (b) está entre 25 y 45ºC, preferiblemente entre 35ºC y 40ºC. A process of claim 11 or 12, wherein the temperature in step (b) is between 25 and 45 ° C, preferably between 35 ° C and 40 ° C.
- 14.14.
- Un material sustitutivo de hueso de CAP/HAP de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para uso como implante o prótesis para la formación de hueso, regeneración de hueso, reparación de hueso y/o reemplazo de hueso en un sitio defectuoso de un ser humano o animal. A CAP / HAP bone substitute material according to any one of claims 1 to 10 for use as an implant or prosthesis for bone formation, bone regeneration, bone repair and / or bone replacement at a defective site of a human or animal
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